铸造增压压力对汽车用AlSi9Mg铝合金组织和力学性能的影响

通过改变低压铸造过程中不同增压压力来研究其对AlSi9Mg合金显微组织与力学性能的影响。结果表明,在高增压压力制备的AlSi9Mg合金样品具有更加致密的显微组织及更接近球形的共晶Si颗粒。同时,由于具有更好的填充能力,高增压压力下合金的气孔缺陷大大减少,合金具有更优异的力学性能。在90、150、210 kPa3种不同级别的增压压力下,晶粒尺寸呈逐渐减小的趋势,对应的合金晶粒尺寸和二次枝晶臂间距分别为246、197、149μm,44.9、37.3、31.1μm;3种增压压力对应的密度和孔隙率分别为2.656、2.659、2.674 g/cm^(3),0.96%、0.79%、0.38%;AlSi9Mg合金的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为238.76、174.68 MPa和3.14%;252.43、177.47 MPa和4.61%;256.10、178.81 MPa和6.85%,分别提高了7.26%、2.36%、118.15%。

6082铝合金汽车法兰挤压铸造数值模拟及试验验证

对挤压铸造6082铝合金汽车法兰件进行了不同挤压铸造工艺参数的数值模拟,并预测了缩松缩孔缺陷产生的位置。结果表明:各参数下的汽车法兰件充型完整,保压过程中由于三个凸台对应的部位壁厚大,该处最后凝固;保压结束后,模具承压部位温度明显高于其他部位,温度分布表现出不均匀性,在实际压铸过程中应当注意防护以免模具损伤。缩孔缩松位置主要出现在三个凸台对应的厚壁位置,与温度场结果一致。成形试验获得了优良的铸件,表明数值模拟结果准确、可靠。

铸造镁合金凝固过程数值模拟研究进展

镁合金以其轻量化、高比强度和良好的阻尼性能在汽车、航空航天等领域应用广泛。数值模拟通过再现铸造成形过程中的各类宏观和微观物理过程,可以调控组织、减少缺陷、提高力学性能和优化铸造工艺参数。本文综述了铸造镁合金在枝晶和共晶凝固组织模拟,偏析、气孔和热裂等缺陷模拟,以及力学性能预测等方面的研究现状,简要介绍了近两年在铸造镁合金成形工艺模拟方面的研究进展。最后,指出了当前铸造镁合金数值模拟研究存在的问题及发展方向。

基于熵值法的铝合金缸体低压铸造工艺多目标优化

基于有限元软件ProCAST构建某型铝合金缸体的有限元模型,设计L16(44)正交试验方案,探究了浇注温度、模具预热温度、充型时间、保压压力四个工艺参数对凝固时间和缩松体积的影响。采用熵值法分别计算两个评价指标的权重,将凝固时间与缩松体积转化为综合评分值进行单目标优化。通过极差分析与方差分析,得到了各参数对综合评分的影响程度为:浇注温度(A)>模具预热温度(B)>保压压力(D)>充型时间(C),确定了最优的工艺参数为A1B2C1D3。对比原工艺参数方案和优选工艺参数方案发现:凝固时间缩短了20.35%,缩松体积下降了2.96%。经生产试验,缸体铸件外观质量良好,无明显铸造缺陷,验证了最佳工艺参数的合理性。

铸造低合金钢回火焊道技术适用性判别分析

回火焊道技术是通过第二层焊道的热循环来改善第一层焊道的组织和性能的焊接技术,但目前尚无明确标准规定其适用范围。以A217 WC6和A217 WC9钢为对象,采用Gleeble热模拟试验判断二次回火对两种铸造低合金钢性能的影响规律,进而用回火焊道技术制造焊接试样,进行焊态、热处理态下的组织和性能对比试验。试验结果表明,A217 WC6钢在一次高温热循环后,冲击功从70 J提升至126 J,硬度值从154 HV10增至375 HV10。二次热循环后,A217 WC6钢的硬度整体降低,回火峰值温度对其性能有显著影响。相比之下,A217 WC9钢的冲击功从77 J降至52 J,硬度值从182 HV10增至364 HV10,二次热循环对其性能影响不显著。焊接试样的性能和硬度变化趋势与Gleeble热模拟试验一致。由此得到结论:Gleeble热模拟试验可以判断钢种是否适用于回火焊道技术;A217 WC6钢较A217 WC9钢更适合采用回火焊道技术进行修复。

Sc对铸造Al-Li合金组织及力学性能的影响

铸造Al-Li合金可用于成型复杂薄壁构件,在航空航天、国防军工等领域具有广阔的应用前景。细化铸造Al-Li合金组织,提高合金强塑性对其实际应用具有重要意义。本文通过金属型铸造制备不同Sc含量的Al-2Li-2Cu-0.5Mg-xSc合金,分析了Sc含量对合金组织及力学性能的影响规律。结果表明,随着Sc含量逐渐增加,合金晶粒由树枝晶向近等轴晶转变,晶粒尺寸逐渐减小。δ'(Al_(3)Li)相倾向于以Al_(3)Sc相为形核核心,形成Al_(3)(Li, Sc)复合粒子,这些粒子在变形过程中不易被位错切过,减少了Al_(3)Li粒子引起的共面滑移。当添加0.3%Sc(质量分数)时,合金具有较好的综合力学性能,经过175℃/32 h的峰值时效处理后,屈服强度、抗拉强度和伸长率分别可以达到381.3 MPa、449.5 MPa和5.8%。

铸造低合金钢回火焊道与焊后热处理焊接接头性能对比研究

为评估回火焊道工艺在铸造低合金钢焊接中的应用效果,研究回火焊道工艺能否替代传统的焊后热处理工艺。采用焊条电弧焊(SMAW),选用R307、R407焊条分别对A217 WC6和A217 WC9进行焊接。控制预热温度、电流、电压、搭接率和层厚,以实现回火焊道工艺。焊后对接头进行金相、硬度、拉伸、冲击和侧弯试验。试验结果表明,A217 WC6焊接接头在焊态和热处理态下的性能均满足标准要求,而A217 WC9焊接接头在焊态下的冲击功小于母材,侧弯试样在熔合线附近出现表面裂纹,且硬度明显高于热处理态。分析表明,回火焊道工艺能有效改善A217 WC6钢焊接接头的组织和性能,可替代焊后热处理。但在A217 WC9钢的焊接中,回火焊道工艺未能达到改善组织和性能的目的,焊接接头性能不满足标准要求,不能替代传统的焊后热处理工艺。

镁合金铸造成型中的数值模拟

以AZ91D镁合金汽车控制臂为研究对象,采用Magma Soft铸造模拟软件对汽车控制臂的挤压铸造成型过程进行数值模拟,包括汽车控制臂浇铸过程中的充型和后期凝固过程,并优化了成型工艺。模拟结果表明,汽车控制臂在充型过程中,在充型达到60%时易于在左侧部位出现易卷气部位而形成气孔、夹渣等缺陷。优化后汽车控制臂的充型过程相对优化前更加平稳,控制臂较薄处以及嵌件处的卷气得到消除,避免了形成气孔、夹渣等缺陷。优化后挤压铸造汽车控制臂的成型质量良好,没有出现浇不足以及凝固补缩等缺陷,整个充型过程平稳,表明采用数值模拟方法对AZ91D镁合金控制臂的成型过程进行模拟优化是可行的,能得到成型质量良好的挤压铸件。

Cu含量和热处理工艺对Al-Si-Mg-Mn-xCu铸造铝合金显微组织和力学性能的影响

采用三维X射线显微镜、光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜及硬度测试系统研究Cu含量及热处理工艺对真空压铸Al-Si-Mg-Mn-xCu合金显微组织和力学性能的影响。研究发现,虽然Cu含量增加会提高铸锭中气孔的密度和尺寸,但是Cu添加将促进凝固过程中含Cu初生相(Q-Al_(5)Cu_(2)Mg_(8)Si_(6)和θ-Al_(2)Cu)的形成,从而提高合金性能。合金中形成5种不同结构的初生相,包括共晶Si、α-Al(Fe,Mn)Si、β-Mg_(2)Si、Q-Al_(5)Cu_(2)Mg_(8)Si_(6)和θ-Al_(2)Cu相。随着Cu含量增加,θ相的面积分数迅速增加,α-Al(Fe,Mn)Si相面积分数首先降低,随后缓慢增加,而Q相的变化趋势与α-Al(Fe,Mn)Si相相反。这些初生相在热处理过程中会出现不同的演变规律。在随后的时效处理过程中,Q'和θ'相的协同析出能显著提高合金的时效硬化潜力。

基于多场耦合求解的大规格镁合金扁锭差相脉冲电磁半连续铸造

本文以大规格镁合金扁锭半连续铸造为研究对象,采用基于多场耦合的数值模拟技术模拟了差相脉冲磁场作用下镁合金扁锭半连续铸造过程中的宏观物理场,研究了差相脉冲磁场相位差对电磁力、温度场、凝固过程、溶质元素分布及宏观偏析的影响。结果表明:相位差对凝固中后期影响更明显。当相位差从0°增至72°时,凝固初期换热有所减弱;而凝固中后期换热增强,液穴深度明显变浅,中心部位凝固速度加快,横截面内温度场变均匀。此外,适当提高相位差至72°有利于缓解两相区内贫溶质的问题,减少凝固后横截面内最大负偏析率和整体偏析率;相位差继续增大到108°不仅明显削弱了凝固前期的换热强度,而且还会削弱凝固中后期的换热强度,使液穴变深,凝固速度减慢,偏析率增大。

挤压铸造与超声处理对铸造铝锂合金组织与性能的影响

目的研究挤压铸造与超声处理工艺对铸造铝锂合金组织与性能的影响规律,分析工艺改变对组织细化及性能提升的作用机理,解决传统重力铸造下铝锂合金性能较差的问题。方法将挤压铸造(SC)与超声处理(UT)相结合制备Al-2Li-2Cu-0.5Mg-0.2Zr合金,在熔体超声2min后,以50MPa的挤压力制备合金,探究各工艺对铸造铝锂合金显微组织与力学性能的影响。结果与传统的重力铸造(GC)相比,SC合金的孔隙率和成分偏析显著降低,晶粒尺寸也明显减小,特别是经过UT+SC处理的合金得到了进一步优化。经UT+SC处理后,Al-2Li-2Cu合金的极限抗拉强度(UTS)、屈服强度(YS)和伸长率分别为235MPa、135MPa和15%,与GC合金相比,分别提高了113.6%、28.6%、1150%,与SC合金相比,分别提高了5.4%、3.8%、15.4%。结论UT+SC工艺能明显提升铸造铝锂合金的性能。UT+SC制备的Al-Li合金的强度和伸长率的提高归因于孔隙率的降低、晶粒细化和第二相的均匀分布。将挤压铸造与超声处理相结合制备铸造铝锂合金解决了重力铸造下合金性能较差的问题,为满足航空航天要求的高强韧铸造铝锂合金的制备提供了一种行之有效的新方法。

铝合金三通管铸造工艺设计及优化

文中针对铝合金三通管铸件的结构进行了工艺分析,结合铝合金材质特点确定了该铸件的铸造工艺方案和工艺参数,设计计算了三通管铸件的浇冒口尺寸,通过对设计工艺进行数值模拟分析铸件的充型和凝固过程,通过流场发现采用底注开放式浇注系统可以最大程度地保证充型的平稳性;通过凝固场发现在铸件热节位置设计保温冒口和冷铁可以有效消除缩孔和疏松缺陷,试制铸件满足探伤和无损检测技术要求,获得了优化的工艺方案。

铸造铝合金熔体处理技术发展现状

铸造铝合金具有轻质、高比强度、铸造性能好等一系列优点,是一种优异的轻量化材料,在汽车行业具有广阔的应用前景。合金熔体质量对铸件最终性能具有重要影响,铸造前对其进行净化、晶粒细化和变质处理是获得高性能铸件的必要前提条件。本文介绍了铸造铝合金熔体纯净化技术、晶粒细化技术以及共晶Si变质处理技术的发展现状,以期为先进铝合金熔体处理技术的开发与应用提供参考。

砂型铸造Mg-9Gd-3Y-0.5Zr合金的线收缩

研究铸件几何特征对砂型铸造Mg-9Gd-3Y-0.5Zr(VW93)合金线收缩的影响。利用3D扫描仪精确提取自由收缩和受阻收缩砂铸件的尺寸,并用于计算收缩系数。引入砂芯体积与铸件包络体积之比(γ)量化砂芯对铸件收缩的约束程度。通过分析自由收缩系数的统计分布和受阻收缩系数随γ的变化规律发现,VW93合金的自由收缩系数为1.96%,受阻收缩系数随γ的增大而线性减小,此关系为根据铸件几何结构预测VW93合金收缩率提供支持。

铸造工艺对VW63Z镁合金圆盘铸件的内部质量、显微组织及力学性能的影响

采用ProCAST软件仿真模拟,光学显微镜观察和室温拉伸试验等方法研究了铸造工艺对VW63Z镁合金圆盘铸件的内部质量、显微组织和力学性能的影响。结果显示:重力铸造的圆盘铸件上存在疏松和夹渣缺陷,反重力铸造的圆盘铸件上没有夹渣、疏松以及微裂纹等铸造缺陷。显微组织分析结果显示:重力铸造的圆盘铸件显微组织不均匀,平均晶粒尺寸达到95μm;反重力铸造的圆盘铸件显微组织比较均匀,平均晶粒尺寸仅为70μm。力学性能测试结果显示:反重力浇注的圆盘铸件的力学性能更高,室温条件下的本体平均抗拉强度、平均屈服强度和断后伸长率分别为315.75 MPa、215.50 MPa和6.90%,160℃条件下的本体平均抗拉强度、平均屈服强度和断后伸长率分别为295.75 MPa、196.75 MPa和9.85%。

镍基高温合金反重力铸造压力曲线设计与验证

针对镍基高温合金反重力铸造工艺中传统压力曲线设计方法的不足,充分考虑铸件沿充型方向的变截面结构特征,通过CAD软件的二次开发,实现铸件截面积的自动计算,以定量化描述铸件的截面变化特征。基于伯努利方程和流量守恒方程,推导出充型压力与金属液面上升速度之间的关系,提出基于铸件截面积自动计算的新型压力曲线设计方法。在此基础上,对镍基高温合金铸件的反重力铸造过程进行数值分析。充型模拟结果表明:与传统压力曲线设计方法相比,新型设计方法确定的压力曲线能使最小截面处充型速度峰值由0.611 m/s降至0.439 m/s,降幅达28.15%,有效避免金属液震荡和飞溅;同时可缩短充型时间,确保金属液快速平稳充型。水力学实验和浇注实验表明,新型压力曲线的充型液面更平稳,能有效抑制铸造缺陷,证明新型压力曲线设计方法的有效性,为合理设计反重力压力曲线提供依据。

一种新型铸造铝铜合金的热处理工艺研究

铸铝铜合金成分多,熔炼工艺复杂、成型工艺困难、力学性能稳定性差,严重制约了其在高端装备关键零部件上的广泛应用。通过正交试验确定了一种新型铸造Al-Cu合金的最佳热处理工艺,采用OM、SEM和TEM表征了合金的显微组织,分析了合金组织与性能的关系。结果表明:新型铸造Al-Cu合金获得高强度的最佳热处理工艺为:固溶535℃/8h、时效170℃/6 h。热处理后该合金的平均抗拉强度达到518 MPa,平均伸长率为5.8%,具有良好的力学性能;合金平均晶粒度为7级,时效过程析出的第二相在境界弥散分布;拉伸试样断口有大量细小韧窝,且有明显的河流状的撕裂棱。

拉伸试棒模具结构对铸造铝合金组织的影响

针对现有的国家标准铝合金的试棒浇注模具,浇注的试棒存在夹渣、气孔、缩松、冷隔等铸造缺陷,无法合理反映合金的真实力学性能的现状,本文使用ANSYS等软件,利用流体静力学和传热学原理科学的分析了直浇道的倾斜角度和内浇道与集渣腔连接的位置铝合金组织的影响,设计了一种铝合金拉伸试棒的铸造模具。模拟结果表明,直浇道的倾斜角度为70°时,流体流速波动范围最小;内浇道与集渣腔连接的位置为集渣腔压心时,集渣腔集渣过滤效果最佳。浇注实验结果表明,本模具成型的ZL205A和ZL101试棒平均晶粒和枝晶间距均优于GB/T1173-2013模具成型试棒组织。分析认为,合理的流速控制(直浇道的倾斜角)和集渣腔高度设计有利于试棒获得晶粒细小,铸造缺陷少的组织。

铸造铝合金在汽车底盘结构件轻量化中的应用

基于新能源车底盘零部件轻量化发展,概述了国内外铝合金铸造技术在其轻量化的应用现状和发展趋势。研究表明:目前以低压铸造和真空一体化压铸为主,挤压铸造替代部分钢质、铁质以及锻铝件的迹象,开发出一体化压铸免热处理高强韧铝合金;对于内部具有加强筋空心结构的超大压铸件,目前难以达到砂芯强度高和溃散性好的平衡,仍采用低压铸造成形,并通过热处理提高力学性能。

高压铸造参数对汽车用Al-Si-Cu铸造铝合金微观组织的影响

通过试验研究了合金元素含量、铸造温度和喷射压力对压铸铝合金微观组织的影响,对其组织特征和孔隙率进行了评价。对高压铸造零件进行取样与显微组织观察,研究了其微观组织的变化机制。结果表明,较低压力和较低的充型温度使高压铸造Al-Si-Cu合金孔隙率增加,促进粗大富铁金属间化合物的形成,改变α-Al相的形貌,合金元素含量的变化改变了在恒定铸造工艺参数下零件的微观组织。